例談初中機(jī)器人大班教學(xué)的有效實(shí)施策略

薛奇秀

近年來(lái)，機(jī)器人教育受到了教育界的重視，目前全國(guó)已有萬(wàn)余所學(xué)校開展了機(jī)器人教育，對(duì)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域而言，競(jìng)賽模式或興趣小組模式依然占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)地位，普及性的機(jī)器人教育亟待發(fā)展。機(jī)器人教育在培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力及創(chuàng)新能力、提升學(xué)生整體的信息素養(yǎng)方面具有毋庸置疑的作用和優(yōu)勢(shì)，不少學(xué)校也在嘗試將機(jī)器人教育的普及化、大眾化。普及性的機(jī)器人課程不同于興趣小組或社團(tuán)模式，其存在的主要問題如下：課程內(nèi)容如何組織設(shè)計(jì)？教學(xué)形式如何體現(xiàn)？師生的課堂角色關(guān)系如何？是否需要特殊的教學(xué)環(huán)境支持？筆者基于教學(xué)理論、機(jī)器人課程的特點(diǎn)，并結(jié)合普及性機(jī)器人課程的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)了機(jī)器人大班教學(xué)的有效實(shí)施策略。

學(xué)科整合，深度建構(gòu)

機(jī)器人課程是STEM教育理念最重要的實(shí)現(xiàn)形式之一，課程內(nèi)容既有基礎(chǔ)的機(jī)器人相關(guān)知識(shí)，也有更加深層次的多學(xué)科內(nèi)容的整合。普及性的機(jī)器人課程內(nèi)容要系統(tǒng)完整，且有深度廣度。課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)要遵循由簡(jiǎn)到難、螺旋式進(jìn)階的原則，同時(shí)，在關(guān)鍵問題上與其他學(xué)科的整合要做到深度建構(gòu)。

例如，筆者在講解《讓機(jī)器人動(dòng)起來(lái)——直行》時(shí)，將整節(jié)課的內(nèi)容分為以下幾部分：①課堂引入，知識(shí)建構(gòu)。講解移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊的模式選擇及參數(shù)設(shè)置，目的在于讓學(xué)生熟悉并掌握小車直行的模塊設(shè)置，方便后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作和問題解決。②自主實(shí)驗(yàn)探究，測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)比分析，得出結(jié)論（度數(shù)、圈數(shù)、秒數(shù)與功率及小車行進(jìn)距離之間的關(guān)系）。這一部分的實(shí)驗(yàn)用到了控制變量法，它是與物理學(xué)科的實(shí)驗(yàn)方法的整合應(yīng)用，目的在于讓學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐、自主探究，通過“做中學(xué)”的方式習(xí)得真知。③針對(duì)實(shí)際問題，通過結(jié)論運(yùn)用、計(jì)算推演解決問題（已知行進(jìn)距離及車輪直徑計(jì)算小車行進(jìn)度數(shù)或圈數(shù)）。這一部分的計(jì)算是與數(shù)學(xué)學(xué)科的整合，涉及圓的周長(zhǎng)等的計(jì)算，目的在于讓學(xué)生靈活運(yùn)用前面得出的結(jié)論解決現(xiàn)實(shí)問題，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。直行的后一節(jié)課是轉(zhuǎn)彎，由于教學(xué)內(nèi)容類似，所以，在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上與直行相同，只是在實(shí)驗(yàn)探究方面做了內(nèi)容的更換（自轉(zhuǎn)、翼轉(zhuǎn)、差速轉(zhuǎn)三種轉(zhuǎn)彎方式各自的特點(diǎn)和使用方法），在計(jì)算推演方面做了深度的拓展（已知轉(zhuǎn)彎角度選擇合適的轉(zhuǎn)彎方式并計(jì)算具體的圈數(shù)度數(shù)），這樣兩節(jié)課的設(shè)計(jì)具有很好的延續(xù)性，在基礎(chǔ)知識(shí)建構(gòu)部分，由直行的移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊的不足部分引出轉(zhuǎn)彎的移動(dòng)槽模塊的特點(diǎn)，在計(jì)算推演部分，由直線行進(jìn)的圈數(shù)計(jì)算引出翼轉(zhuǎn)的角度圈數(shù)計(jì)算。整個(gè)課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)是從基礎(chǔ)到提高再到綜合。

因此，在課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，可用的策略主要有：①關(guān)注多學(xué)科內(nèi)容的整合，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度建構(gòu)及跨學(xué)科的理解和應(yīng)用;②內(nèi)容設(shè)計(jì)遵循螺旋式上升的原則，即由簡(jiǎn)到難，有梯度、有深度地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì);③教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)更多地運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究的方式，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析得出結(jié)論，有深度的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)才能激發(fā)深度的學(xué)習(xí)探究。

雙師教學(xué)，講練有度

一方面，機(jī)器人大班授課具有實(shí)踐性強(qiáng)、學(xué)生參與度高的特點(diǎn)，學(xué)生分組進(jìn)行機(jī)器人的搭建編程及調(diào)試占用了課堂的大部分時(shí)間，對(duì)課堂教學(xué)管理要求較高。另一方面，教師需要及時(shí)了解學(xué)生在實(shí)踐中的問題及進(jìn)度，根據(jù)情況進(jìn)行針對(duì)性的講解。因此，機(jī)器人課堂教學(xué)雙師的配置很有必要，兩位教師分工合理、搭配默契，才能最大化地提高課堂教學(xué)效率和質(zhì)量。

因此，在課程師資配備及分工方面的策略主要有：雙師授課，即在課程內(nèi)容講解方面，兩位教師各有側(cè)重，多數(shù)情況下，一位教師偏重基礎(chǔ)知識(shí)的講解，另一位教師偏重具體任務(wù)的分析;在自主探究及小組合作時(shí)，兩位教師同時(shí)進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)并發(fā)現(xiàn)各組實(shí)驗(yàn)過程中的問題，及時(shí)交流、反饋生成性的教學(xué)內(nèi)容。

小組合作，自主探究

筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，明確組員任務(wù)及任務(wù)單引導(dǎo)的方式可以很好地開展小組合作。通常情況下，機(jī)器人大班教學(xué)以4人為一組，每節(jié)課每個(gè)小組的組長(zhǎng)由組內(nèi)成員輪流擔(dān)任，在上課前組長(zhǎng)需要在任務(wù)單上安排好每一位組員的具體任務(wù)，如畫流程圖、試驗(yàn)記錄、編程調(diào)試等，盡可能地讓所有學(xué)生都參與到活動(dòng)中來(lái)。

因此，在教學(xué)組織方面的策略主要有：①開展小組合作，實(shí)現(xiàn)深度的小組協(xié)作及探究;②設(shè)計(jì)與使用任務(wù)單，既能將小組管理及任務(wù)分配落到實(shí)處，又能在課程內(nèi)容上給予學(xué)生引導(dǎo)和幫助。

教學(xué)環(huán)境，數(shù)字多元

機(jī)器人課程的特殊之處在于有大量的設(shè)備操作，學(xué)生需要搭建結(jié)構(gòu)、編程調(diào)試，教師在授課過程中需要對(duì)多個(gè)界面或結(jié)果進(jìn)行演示講解，這就需要有良好的軟硬件支持。

例如，在《讓機(jī)器人動(dòng)起來(lái)——直行》的教學(xué)中，筆者在講解移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊時(shí)，一個(gè)屏幕顯示模塊講解的PPT，另一個(gè)屏幕投屏顯示iPad的編程界面，實(shí)時(shí)操作演示具體的編程操作;在后續(xù)需要繪制流程圖的課程中，一個(gè)屏幕顯示繪制好的流程圖，另一個(gè)屏幕通過iPad投屏演示編程操作;在課堂總結(jié)展示時(shí)，一個(gè)屏幕顯示小節(jié)的內(nèi)容或注意點(diǎn)，另一個(gè)屏幕通過iPad實(shí)時(shí)投屏展示學(xué)生任務(wù)完成情況。

因此，在教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)及搭建方面的策略主要有：①學(xué)生端，利用數(shù)字化手段，如iPad、電子書，讓學(xué)生獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn);②教師端，雙屏投影是關(guān)鍵，兼顧重要學(xué)習(xí)內(nèi)容的痕跡保留以及實(shí)時(shí)投屏反饋講解。

結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器人教育的大班化教學(xué)為機(jī)器人教育的普及提供了基礎(chǔ)的載體，為新時(shí)代中學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和提升提供了新的可能。筆者所在學(xué)校已連續(xù)三年在初一年級(jí)開設(shè)大班化、普及性的機(jī)器人課程，經(jīng)過三輪教學(xué)的不斷更新迭代，學(xué)校在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)策略上不斷地改進(jìn)和完善。本研究重點(diǎn)關(guān)注的是機(jī)器人課程教學(xué)的有效實(shí)施策略，總結(jié)來(lái)看，有效實(shí)施策略主要分為四個(gè)方面，即學(xué)科整合，深度建構(gòu);雙師教學(xué)，講練有度;小組合作，自主探究;教學(xué)環(huán)境，數(shù)字多元。

本論文為南京市“十三五”規(guī)劃課題“基于stem的初中機(jī)器人校本課程開發(fā)的實(shí)踐研究”的階段性成果。